石之花与铁之画:大自然的空间秩序美学
石之花与铁之画:大自然的空间秩序美学

石之花与铁之画:大自然的空间秩序美学

当牡丹石的斜长石花瓣与晚樱同时绽放时,我忽然意识到——大自然才是最天才的行为艺术家。这块从洛阳远道而来的石头,用矿物的语言复刻了植物的美学;而一扇远在广东被雨水和时光雕琢的铁门,则用锈迹临摹了水墨山河。

宇宙是一首弦曲。

一、硅化木不发芽,牡丹石能开花

单位的草地上,立有一块漂亮的牡丹石,是从洛阳拉过来的,大家路过,也都见怪不怪,因为都知道,牡丹的花瓣是斜长石,它们聚在一起,组成了牡丹的形态。

上周,日本晚樱开花了。刚好路过,一木一石,同时开花,挺有意思,就拍了一张它们的同框。

玄武岩的浪漫:斜长石晶体(白色花瓣状)在玄武岩质的牡丹石中呈现放射状排列(单瓣型),与背后重瓣晚樱形成地质与生命的对话。摄于2025年4月,北京

拍完,发现自己没法回答这两个问题:为什么斜长石要聚在一起呢?为什么聚在一起只能长一圈,即单瓣,而不能长得大一点,像晚樱一样重瓣呢?

于是请教身边的矿床学朋友,他说斜长石晶体在比较稳定的玄武质熔体里比较容易生长,最后长不大,可能是因为钙组分不够了,或者能量不够了,如果没有能量,聚晶最多就长那么大。

这倒是很有趣,原来要让一群人聚在一起做一件事,少不了输入物质和能量。但这只是从宏观角度解释了物质来源,还是没有回答为什么大家在一起的问题啊。

这让我想起了遥远的月球,月球正面,黑白两道,泾渭分明。黑色的是低地月海,玄武岩造就,白色的是高地,斜长石为主。科学家说,那是月球早期岩浆中的矿物差异导致的,斜长石密度低,率先上浮并大规模结晶。

刚好找一位老专家有事,借机请教牡丹石,他说,自然界自发的方向是熵增(薛定谔定义生命为一个负熵过程),也就是越来越乱,但牡丹石是一个宏观有序的过程,在正常的稳压平衡状态下是不可能发生的,所以是一个不平衡状态下的有序化。

他说自己一开始做研究时,也发现类似的晶体定向排列现象,直到后来读了普里高津(耗散理论的奠基人,他的学说催生了复杂系统科学),才知道耗散结构可以形成宏观有序,耗散需要系统外不断有能量补充进去,所以牡丹石就是耗散结构造成的自组织行为。至于为什么是这么组织的,这里一定有非常大的学问,他说,细节,我也不明白。

他教导,不懂没关系,把它当作哲学思想,用来解释问题就行了。

最后一句话,听完甚是宽慰。

二、时间是问题,空间更是问题

古罗马哲学家奥古斯丁说过一句话:什么是时间?如果没人问我,我知道,如果你一问我,我反而就不知道了。

地质学天天研究人类未曾经历的时间发生的事情,这已经够难了,如果再加上空间问题,那就更是一团乱麻。

空间问题的难,远超想象。逮着身边的事物随便问,如为什么城市呈现格子状分布?为什么矿会富集在一起?为什么鼻子长在眼睛下面?为什么柳絮长得像棉花?为什么叠层石往上是弯曲的?个个都不好回答。

又如在溶洞探险的时候,经常会有各种稀奇古怪的空间问题,比如有些石花只往一边长,有些石枝长得弯弯曲曲,有些沉积物(不知道该叫什么了)像佛手、像树根。

溶洞中的风向标:方解石石花受单向气流影响,形成单边生长结构。这类不对称生长记录了洞穴空气流动的密码。摄于房山溶洞。

溶洞简直是一个另类的时空隧道,足够扭曲我们的自然观。但这些奇观的背后,应该有原因的啊。

有些问题可以通过观察找到答案,比如长一边的石花,和洞道的气流有关,虽然气流很弱,但每次都往一个方向吹,晶体也就往一个方向长了。

但弯弯曲曲的石枝确实不好解释,除非说气流也是不确定的,受到了来自各方向的扰动。后请教老专家,他说晶体生长有个几何竞争的原理,也就是一开始都是乱七八糟各个方向都长,但随着时间推移,垂直于岩壁的晶体更容易不受阻碍,就更容易长大,也可叫几何淘汰。

这两个名词,一下子把学术感给拉满了,虽然不懂,但感觉很有科学的味道。这意味着,晶体越大,就长得越规范,石枝很小,曲里拐弯得很正常,谁见过曲里拐弯的石笋和石钟乳呢,估计没有吧。

几何竞争:经过严酷的几何淘汰,石笋石钟乳都垂直长,只有那些小石枝才自由得歪七歪八

三、铁锈门

其实这种空间现象不仅存在岩石中,还存在日常所见中。

今天有位朋友在我的《黑神话:北京的山》日记评论区,发了张生锈铁门的照片。神奇的是,这扇门层峦叠嶂,表现出来的艺术,堪比大师笔下的国画。

铁的写意:铁有节奏的电子得失,在门板表面交替沉积,形成类国画皴法的分层结构(图自小红书“唧唧居呀”)

虽然被惊叹到了,但铁锈为什么会那么空间有序呢?于是和物理所的一个朋友交流,最后认为雨水、铁皮两者在天时地利之下相互作用,恰好形成了这幅画卷。但有点像废话,不满意,于是找到了有人在2020年拍的此门照片,那个时候,锈得不那么厉害,但雏形已定。再和朋友讨论,他说可能是涂漆的时候,上下刷得不均匀导致的。也有道理,但不过瘾。

铁是地球上活跃的元素,它随着流体在地球各处奔走,不时与其他物质交换电子,从而呈现独特的颜色,有时候黄色,有时候红色,有时候彩色。

如果没有点规律,要凑成一幅国画,事情也太巧了吧?如果给任何一扇铁门足够多的时间,最后会不会都变成画?如果这件事发生在地下,如岩浆里的铁浸入另一块岩石,是不是也可以成画?

答案是肯定的,北京平谷的金海湖下游河道里产一种赏石,叫金海石,原石是石英岩,但后期受到铁和锰的浸染渗透,最终呈现出层峦叠嶂的形态。

石上国画:石英岩受铁锰氧化物浸染形成的层状纹理,与铁锈门图案共享相同的铁元素艺术语言,至于国画如何成就,也是个难题

铁锈门和金海石的主角,都是铁,所以这绝不是偶然的,必然和铁自身特征有关,包括其物质,也包括其堆积的结构。铅笔芯和钻石都是碳,但只因为原子排布不同,硬度差异就极大。因此,国画都与原子的秩序有关。

查文献,没找到原理,但发现一篇2025年新论文《Iridescent Iron Oxides》挺有趣,作者通过扫描电镜、电子探针、背散射、透射电镜、XRF、拉曼、红外光谱等一系列手段,对氧化铁矿表面的“彩虹”现象加以研究,发现是因为岩石表面有一层纳米晶体薄膜,它的干涉效应产生了彩虹,就像马路积水上的一层油会显示出五彩斑斓的色彩。文章还指出,纳米相的形成,是一个热力学有利的过程(能量最低原理),即物质倾向于自发形成纳米尺度结构(如团簇或晶体),好比油滴滴在水里会缩成小球,因为这样做,原子最省力。这个解释,似乎有那么点牡丹石聚在一起的味道了。

彩虹氧化铁:彩虹颜色来自于纳米晶体薄膜的干涉效应(图自Rossman G R & Ma C. Iridescent Iron Oxides. Minerals, 2025)

跳舞的人,需要踩对拍子,知道什么时候身子应该出现在什么地方。从斜长石的聚会到铁锈的绘画,大自然始终踩着自己的韵脚,按她特有的习惯走位,我感兴趣的,就是在物质与能量的交响乐下,找到那小小的律调,风起之时,能陪她跳一段舞蹈,享受在一起的时光。

正如王小波所言,我活在世上,无非想要明白些道理,遇见些有趣的事, 生命是一场偶然,我在其中寻找因果。

——为呼应楚楚今天的审美更新之问强作一篇日记,关于Fe的整件事还没完呢!

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